把握四大趨勢，構建新型電力系統（上）
http://www.199rrr.com 2024-02-28 14:55 來源：施耐德電氣（中國）有限公司
清潔低碳，以新能源為主體是核心
目前，我國的電力生產仍以煤電為主。2020年，我國全口徑煤電發電量4.63 萬億千瓦時，占全口徑發電總量的比重為60.8％。新能源裝機比重約26%，發電量占比僅11.2%。
隨著我國碳達峰、碳中和進程的推進，以風電、光伏為代表的新能源裝機量、發電量將逐步增加，我國電力清潔化程度也將大幅度提升。而在這個進程中，新能源的發電成本與發展布局將成為影響其發展的關鍵因素。
數據來源：國家發展和改革委員會委能源研究所
《新能源發電政策和市場發展展望》
01
新能源發電成本快速下降
經濟性是新能源大規模發展的先決條件。隨著技術進步和規模化發展，以光伏、風電為代表的新能源發電 LCOE正在逐年下降。目前中國的集中式光伏和陸上風電的LCOE已經低于超超臨界煤電，新能源+儲能電源形式的 LCOE可能在2030年低于化石能源。
數據來源：Wood Mackenzie Battle for the future 2021: Asia Pacific power and renewables competitiveness report Analysis of power technology and generation cost trends (LCOE)
02
集中式與分布式并重
“三北”地區是我國風能、太陽能資源最豐富的地區，而我國的負荷中心則集中于中東部地區，負荷中心與資源中心逆向分布的地域特征，是制約我國新能源發展的主要矛盾。為解決這個矛盾，需要從多方面著手：
- 多能互補的大基地。由于新能源發電存在明顯的波動性和間歇性特點，特高壓線路全部輸送新能源電力難以實現。我國“十四五”規劃中指出，“要建設一批多能互補清潔能源基地”，通過搭配一定比例的可調節電源，如火電、水電等，實現多能互補，促進新能源消納。
- 特高壓輸電。2020 年，22 條特高壓線路年輸送電量 5318 億 kWh，其中可再生能源電量 2441 億 kWh，同比提高 3.8%，可再生能源電量占全部輸送電量的 45.9%。打通了資源優勢與經濟優勢的轉換通道，在一定程度上緩解了我國負荷中心與資源中心的不平衡性。
- 分布式新能源。分布式能源具有布置靈活、能源利用效率高等優勢。理論上，發展接近負荷中心的分布式新能源經濟性最優，是除特高壓工程和多能互補大基地方式外，有效解決逆向分布矛盾的另一種重要方法。
“我國東部地區城市應優先開發和使用‘身邊來’的能源，同時再加上西電東送的“遠方來”的能源，東部能源自給和西電東送相結合，不應坐等西部供應東部，而應轉變思路，進行能源自產自銷，持續提高能源自給比例。”
未來我國將通過多能互補的大基地建設、跨區域特高壓外送和分布式新能源建設等方式，構建集中式與分布式并重的可再生能源發展格局，促進新能源發展。
安全靈活，新能源大規模應用的基礎
新能源發電的波動性和間歇性要求電力系統必須具備靈活性。若電力系統欠缺靈活性，當常規電源的調節能力不足，無法滿足系統凈負荷的變化時，為了保證電力系統安全穩定運行，需要在用電需求不足時削減新能源出力，或是在用電高峰時期切除負荷，分別對應“棄風棄光”和“有序用電”的情況。這將會直接影響新能源的消納，制約新能源的發展。
德國是新能源滲透率最高的國家之一。2010年德國棄風率僅 0.33%，但隨著可再生能源發電量占比接近 30%，棄風率開始呈上升趨勢，到2016年，德國棄風率已經上升至 4.3% 。
數據來源：國家發展和改革委員會能源研究所
《京津冀與德國電力系統靈活性定量比較研究》
2020年，我國風電+光伏發電量占比約9.5%，棄風率 3.5%，棄光率 2%。隨著我國新能源發電量占比的提升，棄風棄光壓力將持續增大，對電力系統靈活性的需求將愈發強烈。因此，需要從多個方面提高電力系統的安全性和靈活性。
01
擴大調節電源規模
現有技術手段中，火電的靈活性改造能大幅改善系統靈活性。已建成的煤電機組通過熱電解耦、低壓穩燃等技術改造可將最小穩定出力降至20%-30% 的額定容量，且單位千瓦投入僅高于需求側管理。在改善系統可靠性的同時，能夠促進可再生能源的大規模消納。
02
增加儲能容量
未來以新能源為主體的電力系統，僅依靠火電的靈活性改造無法充分滿足靈活性需求。儲能作為一種柔性電力調節資源，可以改善和增強電力系統靈活性。在“供過于求”情景下，可以儲存多余的風電、光伏出力；在“供不應求”情景下，可以放電緩解短時電力短缺。
數據來源：SolarPower Europe
儲能系統在不同場景均發揮著重要作用：
電源側：新能源+儲能、可再生能源制氫的模式有利于平抑新能源的出力波動，從而促進集中式新能源并網消納；
電網側：抽水蓄能+新型儲能可以輔助電網實現調峰、調頻需求，提高穩定性；
負荷側：可以利用市場機制（如分時電價、電力現貨交易、需求響應等）和分布式新能源結合提升電能清潔化水平，降低用電成本，也有利于保障負荷側供電的可靠性和連續性。
03
挖掘需求側資源
電力系統要時刻保持供需平衡。傳統的做法是在負荷需求高時增加發電機組出力，但負荷高峰時段往往持續時間較短，為了滿足這部分需求而增加的發電和輸配電投資利用率很低，因此減少或者延遲需求側的電力負荷來實現供需平衡，這便是需求側響應的核心。
通過固態技術實現數據采集，數據處理，終端控制一體化，可以預測并防止負荷激增。通過植入需求管理功能實時響應負載變化，可以提高電力系統的靈活性。
2020年浙江省通過工廠、商場、電動汽車充電設施等電力用戶參與需求調節，運用市場手段匯聚了577萬千瓦削峰負荷、322萬千瓦填谷負荷的“資源池”，實現削峰填谷。相當于少建一座500萬千瓦級的大型電站。
總而言之，在新能源替代傳統化石能源的低碳轉型進程中，擴大調節電源規模，對燃煤、燃氣電廠進行靈活性改造；增加儲能容量，包括抽水蓄能和新型儲能；挖掘需求側潛力，如需求側響應和虛擬電廠技術。將共同成為構建電網系統靈活性和穩定性的基礎，保障新能源大規模應用。
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